(57)【要約】  本開示は、磁気共鳴画像撮影(MRI)中などの騒音環境における使用のためのコミュニケーションシステム及び装置を提供する。ある実施形態では、患者の頭部を支持するヘッドレストと、任意による骨伝導マイクロフォンと、一つ以上の振動アクチュエータとからなるコミュニケーションヘッドレストが提供される。ヘッドセットは被験者によって装着された遮音耳栓と接触し、それによって、振動アクチュエータによって発生された振動が、音響伝導により耳栓を通って伝達されて患者が音声内容を聞くことができるようにしながら、耳栓は外耳道を塞ぐことによって受動防音をもたらす。他の実施形態では、音響トランスデューサが遮音耳栓によって接触及び支持され、それによって耳栓が外耳道内に挿入されると音響トランスデューサが外耳道の周囲の組織と音響伝導連通され、骨伝導による音響コミュニケーションを容易にする能動耳栓装置が提供される。【選択図】図5
2019537401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴画像撮影中に使用するための音響コミュニケーション装置であって、
磁気共鳴画像撮影スキャナ内に配置可能なヘッドレストと、
前記ヘッドレストによって支持される振動アクチュエータであって、前記振動アクチュエータは、被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると、前記振動アクチュエータから発生される振動が前記被験者によって装着される耳栓に音響結合されるように、且つ、前記耳栓に音響結合された前記振動が前記被験者の外耳道の周囲の組織に音響結合されるように支持され、それによって前記被験者が骨伝導により前記振動を聞くことができるようにする、前記振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータに音声信号を送るために前記振動アクチュエータに動作可能に接続された音声回路とを含む、音響コミュニケーション装置。
【請求項２】
前記振動アクチュエータが前記ヘッド内の凹部に配置される、請求項1に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３】
前記振動アクチュエータは、前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記耳栓と接触するように構成された、請求項2に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項４】
前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると、一つ以上の音響インピーダンス整合層の外面が前記耳栓と接触し、前記振動アクチュエータによって発生された前記振動が前記一つ以上の音響インピーダンス整合層を介して前記耳栓に音響結合されるように、前記振動アクチュエータ上に設けられた前記一つ以上の音響インピーダンス整合層をさらに含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項５】
前記振動アクチュエータによって発生された前記振動が、前記耳栓との接触により前記耳栓に音響結合される前に介在材料を通って伝導されるように、前記振動アクチュエータが前記ヘッドレスト内に埋め込まれた、請求項1に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項６】
前記介在材料が前記ヘッドレストのクッション材の一部である、請求項5に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項７】
前記介在材料は、前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると音響導管によって音響的に伝導される前記振動が前記耳栓との接触により前記耳栓に結合されるように、前記振動アクチュエータから前記ヘッドレストの表面まで延びる音響導管である、請求項5に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項８】
前記振動アクチュエータが前記ヘッドレスト内に画定された遮音領域内にあり、前記音響導管は、前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記振動アクチュエータによって発生された前記振動が前記音響導管を通って前記耳栓に音響結合されるように前記遮音領域内に延びる、請求項7に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項９】
前記振動アクチュエータは、前記振動アクチュエータによって発生された前記振動が、前記耳栓との接触により前記耳栓に音響結合される前に前記ヘッドレスト内の介在材料を通って伝導されるように、前記ヘッドレストの外面によって支持される、請求項1に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１０】
前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記被験者の発話を検出するように構成された骨伝導マイクロフォンをさらに含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１１】
前記ヘッドレストが、前記被験者の頭部の後部と接触し、支持するように構成された基部クッション領域を含み、前記骨伝導マイクロフォンが前記基部クッション領域によって支持される、請求項10に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１２】
前記基部クッション領域が形状記憶フォームから形成されている、請求項11に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１３】
前記ヘッドレストが支持枠をさらに含み、前記支持枠は、
前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記被験者の頭部の側部と接触するように構成された一対の側方支持部材であって、前記側方支持部材の一方が前記振動アクチュエータを支持する前記一対の側方支持部材と、
前記基部クッション領域を支持する基部支持部材とを含む、請求項11に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１４】
前記側方支持部材は、前記基部支持部材に旋回可能に取り付けられ、前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記側方支持部材が前記ヘッドレストと前記耳栓との接触を維持するように回転方向に偏らされる、請求項13に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１５】
前記側方支持部材を前記被験者の耳に位置合わせするために、前記側方支持部材が前記基部クッション領域を基準にして頭尾方向に対して平行な方向に並進可能である、請求項14に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１６】
前記ヘッドレストは、前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記被験者の頭部の両側に配置される側方クッション領域をさらに含み、前記振動アクチュエータは、前記側方クッション領域のうちの一つによって支持され、前記振動アクチュエータによって発生される振動に対する前記骨伝導マイクロフォンの感度を低減するために前記振動アクチュエータを支持する前記側方クッション領域と前記基部クッション領域との間に遮音チャネルが設けられた、請求項11に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１７】
前記基部クッション領域は第1の材料から形成されており、前記振動アクチュエータを支持する前記ヘッドレストの側方領域が第2の材料から形成されており、前記振動アクチュエータによって発生される前記振動に対する前記骨伝導マイクロフォンの感度を低減するために前記第1の材料と前記第2の材料が異なる音響インピーダンスを有するように選択される、請求項11に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１８】
前記ヘッドレストは、前記基部クッション領域と前記振動アクチュエータを支持する前記ヘッドレストの側方領域との間に位置する介在領域をさらに含み、前記介在領域の音響インピーダンスが前記基部クッション領域及び前記側方領域の音響インピーダンスと異なり、それによって前記振動アクチュエータによって発生される前記振動に対する前記骨伝導マイクロフォンの感度を低減する、請求項11に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項１９】
前記ヘッドレストが、前記被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると前記被験者の頭部の両側部に位置する側方領域を含み、前記ヘッドレストは、前記ヘッドレストと前記耳栓とが接触するように、前記側方領域を前記被験者の頭部の前記側部に対して偏らせるように構成された支持枠をさらに含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項２０】
前記ヘッドレストは、異なる頭部の大きさに対応するために前記振動アクチュエータの位置を調整するための位置調整機構をさらに含む、請求項1乃至19のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項２１】
前記ヘッドレストは、磁気共鳴画像撮影ヘッドコイルをさらに含む、請求項1乃至20のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項２２】
前記ヘッドレストは、磁気共鳴画像撮影ヘッドコイル内で使用するのに適合する大きさを有する、請求項1乃至20のいずれか一項に記載のコミュニケーション装置。
【請求項２３】
骨伝導マイクロフォン音響コミュニケーション装置であって、
管腔を含む細長い流体導管と、
前記細長い流体導管の前記管腔と流体連通するインフレータブルバルーンと、
前記バルーンが膨らんでいない状態で被験者の外耳道に挿入され、その後の前記細長い流体導管への流体の導入が、前記流体を介して前記バルーンを膨らませて前記外耳道を塞ぎ、それによって外部騒音からの遮音を実現するように、前記細長い流体導管内に流体を導入する手段と、
前記バルーンが前記外耳道内で膨らまされると音響トランスデューサが前記細長い流体導管内及び前記バルーン内にある前記流体により前記外耳道の周囲の組織と音響伝導連通され、それによって骨伝導により前記被験者への、及び/又は、前記被験者からの音響コミュニケーションを容易にするように、前記バルーンから遠隔の位置において前記細長い流体導管と接触する前記音響トランスデューサとを含み、
前記音響トランスデューサは音声信号の送信及び/又は受信のために音声回路に接続可能である、骨伝導音響コミュニケーション装置。
【請求項２４】
前記音響トランスデューサは、前記音響トランスデューサと前記流体との音響結合を実現するために前記細長い流体導管の外面と接触させられている、請求項23に記載の骨伝導音響コミュニケーション装置。
【請求項２５】
前記流体を導入する前記手段は、前記管腔と流体連通しているシリンジを含み、前記音響トランスデューサは、前記流体内の長手方向の音波を発生又は受け取るために前記シリンジのピストンによって支持された、請求項23に記載の骨伝導音響コミュニケーション装置。
【請求項２６】
騒音環境におけるコミュニケーションのための音響コミュニケーション装置であって、
細長い先端部が被験者の外耳道に挿入されると前記外耳道がその長さの少なくとも一部にわたって塞がれ、それによって外部の騒音からの遮音を実現するように、前記外耳道に挿入可能な前記細長い先端部を含む遮音耳栓と、
前記遮音耳栓と接触し、前記耳栓により支持される音響トランスデューサであって、前記細長い先端部が前記外耳道に挿入されると前記音響トランスデューサが前記遮音耳栓の前記細長い先端部を介して前記外耳道の周囲の組織と音響伝導連通されるように支持され、それによって前記被験者への、及び/又は、前記被験者からの骨伝導による音響コミュニケーションを容易にする前記音響トランスデューサとを含み、
前記音響トランスデューサは、音声信号の送信及び/又は受信のために音声回路に接続可能である、音響コミュニケーション装置。
【請求項２７】
前記音響トランスデューサは、磁場が存在する状態において音響振動を検出又は発生するように構成されたローレンツトランスデューサである、請求項26に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項２８】
前記ローレンツトランスデューサが複数の平面導電経路を含む、請求項27に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項２９】
前記複数の平面導電経路が、前記遮音耳栓の上又は内部で支持される基板上に画定された、請求項28に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３０】
前記複数の平面導電経路は、第1のローレンツトランスデューサを画定する第1の複数の平面導電経路であり、前記第1の複数の平面導体経路は前記基板の第1の側に設けられ、前記基板の第2の側に第2の複数の平面導電経路が設けられ、前記第2の複数の平面導電経路は第2のローレンツトランスデューサを画定し、それによって前記第1のローレンツトランスデューサと前記第2のローレンツトランスデューサとのうちの一方がスピーカとして採用可能であり、前記第1のローレンツトランスデューサと前記第2のローレンツトランスデューサとのうちの他方がマイクロフォンとして採用可能である、請求項29に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３１】
前記基板が前記遮音耳栓の表面上で支持されている、請求項29に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３２】
前記基板が前記遮音耳栓内に埋め込まれている、請求項29に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３３】
前記ローレンツトランスデューサは第1のローレンツトランスデューサであり、前記音響コミュニケーション装置は前記遮音耳栓の表面上で支持される第2のローレンツトランスデューサをさらに含む、請求項32に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３４】
前記ローレンツトランスデューサが第1のローレンツトランスデューサであり、前記音響コミュニケーション装置は前記細長い先端部の表面上で支持されたコイルとして設けられた第2のローレンツトランスデューサをさらに含む、請求項28に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３５】
前記ローレンツトランスデューサは第1のローレンツトランスデューサであり、前記音響コミュニケーション装置は平面コイルとして設けられた第2のローレンツトランスデューサをさらに含む、請求項27に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３６】
前記音響トランスデューサが加速度計である、請求項26に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３７】
前記音響トランスデューサが圧電トランスデューサである、請求項26に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３８】
前記細長い先端部が粘弾性ポリウレタンフォームから形成されている、請求項26に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項３９】
前記音響トランスデューサがハウジング内に設けられ、前記ハウジングは、空中における介在音波伝播のない状態で前記音響トランスデューサが前記遮音耳栓に音響結合されるように前記遮音耳栓に接続された、請求項26乃至38のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項４０】
騒音環境におけるコミュニケーションのための音響コミュニケーション装置であって、
被験者の頭部上に装着されるように構成されたヘッドセットと、
前記ヘッドセットによって支持された振動アクチュエータであって、前記振動アクチュエータは、前記ヘッドセットが前記被験者によって装着されると、前記振動アクチュエータから発生する振動が前記被験者によって装着された耳栓に音響結合され、且つ、前記耳栓に音響結合された前記振動が前記被験者の外耳道の周囲の組織に音響結合されるように支持され、それによって前記被験者が骨伝導により前記振動を聞くことができるようにする、振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータに信号を送信するために前記振動アクチュエータに動作可能に接続された音声回路とを含む、音響コミュニケーション装置。
【請求項４１】
前記ヘッドセットが一対のイヤマフを含む、請求項40に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項４２】
前記ヘッドセットがヘルメットである、請求項40に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項４３】
前記ヘッドセットが前記被験者の発話を検出するように構成された骨伝導マイクロフォンをさらに含む、請求項40乃至42のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項４４】
前記ヘッドセットが、前記被験者の頭部の後部に接触するように構成されたクッション領域を含み、前記骨伝導マイクロフォンが前記クッション領域によって支持される、請求項43に記載の音響コミュニケーション装置。
【請求項４５】
前記ヘッドセットが、磁気共鳴画像撮影ヘッドコイル内で使用するのに適合する大きさを有する、請求項40乃至44のいずれか一項に記載の音響コミュニケーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、騒音環境におけるコミュニケーションを容易にするためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本開示の様々な態様は、磁気共鳴画像撮影と共に使用するための患者コミュニケーションシステム及び方法に関する。  本願は、2016年11月28日に出願された「SYSTEMS, METHODS AND DEVICES FOR COMMUNICATION IN NOISY ENVIRONMENTS」という名称の米国仮特許出願第62/427,072号の優先権を主張し、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴画像撮影（ＭＲＩ）システムは、傾斜磁場コイルの音響振動により、走査中に大きな騒音を発することが知られている。ＭＲＩ走査時、一般に、耳栓の形態の受動防音保護が患者に提供される。このような耳栓は周囲騒音を低減するのにきわめて有効であり、３０ｄＢを超える遮音を実現し得る。大きな騒音及び耳の防音保護の必要のために、ＭＲＩ環境においては患者とのコミュニケーションが課題となる。走査技師とのコミュニケーションは、典型的にはＭＲＩスキャナの空洞内に配置されたスピーカ及びマイクロフォンを介して行われる。しかし、動作中にスキャナが発生する大きな騒音のために、コミュニケーションは典型的には画像の取得の合間の非動作期間に限定される。
【０００３】
この問題に対処するために、いくつかの異なる患者コミュニケーションシステムが開発されている。例えば、フォーム材耳栓端部を備えたエアチューブを採用する患者コミュニケーションシステムもあれば、患者とのコミュニケーションを容易にするために圧電アクチュエータ及びその他の振動アクチュエータを備えたウェアラブルヘッドセットを使用する患者コミュニケーションシステムもある。
【０００４】
ウェアラブルヘッドセットは、周囲騒音に対するかなりの程度の受動遮音をもたらすように設計可能である。しかし、ＭＲＩスキャナと共に使用するための十分な騒音抑制をもたらすためには、ヘッドセットは大きな空洞又は「マフ」で耳を囲む必要がある。これは、ヘッドコイルなどの限定空間内での使用に制約を加えることがある。患者の聞き取りを可能にするために、エアホースもしばしば使用されるが、一般に受動遮音が劣る。
【０００５】
他の患者コミュニケーションシステムは、外耳道と、耳栓によって支持されたアクチュエータとの間にあるエアチャネルを備えた耳栓を採用する。このようなシステムは、外耳道の閉塞がないため、受動遮音が劣る場合がある。
【０００６】
一部の患者コミュニケーションシステムは、患者から走査技師へのコミュニケーションを容易にするために光マイクロフォンを採用する。このようなマイクロフォンは、患者の口の近くに配置される必要があり、したがって、（特定のヘッドコイル内など）限定空間における使用は限定される。
【０００７】
他の患者コミュニケーションシステムは骨伝導マイクロフォンの使用を採用し、骨伝導マイクロフォンは周囲騒音に対する有意な耐性によって発話を検出するために使用可能であり、したがって騒音環境で使用することができる。骨伝導マイクロフォンは、声帯が生じさせる骨と組織の振動を検出する。振動マイクロフォンの商用例は、加速度計、慣性センサ、及び圧電素子を使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、磁気共鳴画像撮影（ＭＲＩ）中などの騒音環境における使用のためのコミュニケーションシステム及び装置を提供する。ある実施形態では、患者の頭部を支持するヘッドレストと、任意による骨伝導マイクロフォンと、一つ以上の振動アクチュエータとからなるコミュニケーションヘッドレストが提供される。ヘッドセットは被験者によって装着された遮音耳栓と接触し、それによって、振動アクチュエータによって発生された振動が音響伝導により耳栓を通って伝達されて患者が音声内容を聞くことができるようにしながら、耳栓は外耳道を塞ぐことによって受動防音をもたらす。他の実施形態では、音響トランスデューサが遮音耳栓によって接触及び支持され、それによって耳栓が外耳道内に挿入されると音響トランスデューサが外耳道の周囲の組織と音響伝導連通され、骨伝導による音響コミュニケーションを容易にする能動耳栓装置が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、第１の態様では、磁気共鳴画像撮影中に使用するための音響コミュニケーション装置であって、
磁気共鳴画像撮影スキャナ内に配置可能なヘッドレストと、
前記ヘッドレストによって支持される振動アクチュエータであって、前記振動アクチュエータは、被験者の頭部が前記ヘッドレストによって支持されると、前記振動アクチュエータから発生される振動が前記被験者によって装着される耳栓に音響結合されるように、且つ、前記耳栓に音響結合された前記振動が前記被験者の外耳道の周囲の組織に音響結合されるように支持され、それによって前記被験者が骨伝導により前記振動を聞くことができるようにする、前記振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータに音声信号を送るために前記振動アクチュエータに動作可能に接続された音声回路とを含む、音響コミュニケーション装置が提供される。
【００１０】
別の態様では、骨伝導音響コミュニケーション装置であって、
管腔を含む細長い流体導管と、
前記細長い流体導管の前記管腔と流体連通するインフレータブルバルーンと、
前記バルーンが膨らんでいない状態で被験者の外耳道に挿入され、その後の前記細長い流体導管への流体の導入が、前記流体により前記バルーンを膨らませて前記外耳道を塞ぎ、それによって外部騒音からの遮音を実現するように、前記細長い流体導管内に流体を導入する手段と、
前記バルーンが前記外耳道内で膨らまされると音響トランスデューサが前記細長い流体導管内と前記バルーン内にある前記流体を介して前記外耳道の周囲の組織と音響伝導連通され、それによって骨伝導により前記被験者への、及び／又は、前記被験者からの音響コミュニケーションを容易にするように、前記バルーンから遠隔の位置において前記細長い流体導管と接触する前記音響トランスデューサとを含み、
前記音響トランスデューサは音声信号の送信及び／又は受信のために音声回路に接続可能である、骨伝導音響コミュニケーション装置が提供される。
【００１１】
別の態様では、騒音環境におけるコミュニケーションのための音響コミュニケーション装置であって、
細長い先端部が被験者の外耳道に挿入されると前記外耳道がその長さの少なくとも一部にわたって塞がれ、それによって外部の騒音からの遮音を実現するように、前記外耳道に挿入可能な前記細長い先端部を含む遮音耳栓と、
前記遮音耳栓と接触し、前記耳栓により支持される音響トランスデューサであって、前記細長い先端部が前記外耳道に挿入されると前記音響トランスデューサが前記遮音耳栓の前記細長い先端部を介して前記外耳道の周囲の組織と音響伝導連通され、それによって前記被験者への、及び／又は、前記被験者からの骨伝導による音響コミュニケーションを容易にする前記音響トランスデューサとを含み、
前記音響トランスデューサは、音声信号の送信及び／又は受信のために音声回路に接続可能である、音響コミュニケーション装置が提供される。
【００１２】
別の態様では、騒音環境におけるコミュニケーションのための音響コミュニケーション装置であって、
被験者の頭部上に装着されるように構成されたヘッドセットと、
前記ヘッドセットによって支持された振動アクチュエータであって、前記振動アクチュエータは、前記ヘッドセットが前記被験者によって装着されると前記振動アクチュエータから発生する振動が前記被験者によって装着された耳栓に音響結合され、前記耳栓に音響結合された前記振動が前記被験者の外耳道の周囲の組織に音響結合されるように支持され、それによって前記被験者が骨伝導により前記振動を聞くことができるようにする、振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータに信号を送信するために前記振動アクチュエータに動作可能に接続された音声回路とを含む、音響コミュニケーション装置が提供される。
【００１３】
本発明の機能的及び有利な態様は、以下の詳細な説明及び図面を参照すれば、さらによく理解することができる。
【００１４】
以下、実施形態について例示のみを目的として、図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】被験者との音響結合のために振動アクチュエータが耳栓と接触する音響コミュニケーションシステムの様々な例示の実装形態を示す図である。
【図１Ｂ】被験者との音響結合のために振動アクチュエータが耳栓と接触する音響コミュニケーションシステムの様々な例示の実装形態を示す図である。
【図１Ｃ】被験者との音響結合のために振動アクチュエータが耳栓と接触する音響コミュニケーションシステムの様々な例示の実装形態を示す図である。
【図１Ｄ】被験者との音響結合のために振動アクチュエータが耳栓と接触する音響コミュニケーションシステムの様々な例示の実装形態を示す図である。
【図１Ｅ】被験者との音響結合のために振動アクチュエータが耳栓と接触する音響コミュニケーションシステムの様々な例示の実装形態を示す図である。
【図２Ａ】二つの例示の音響コミュニケーションシステムを示す俯瞰図である。
【図２Ｂ】二つの例示の音響コミュニケーションシステムを示す俯瞰図である。
【図３】ヘッドレスト内に振動アクチュエータが埋め込まれた例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図４Ａ】各震動源と耳栓との間に音響チャネルが設けられた例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図４Ｂ】各震動源と耳栓との間に音響チャネルが設けられた例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図５】ヘッドレストが骨伝導マイクロフォンを含む例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図６】振動アクチュエータが遮音領域に設けられた例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図７】振動アクチュエータと骨伝導マイクロフォンとの音響結合を低減するために、ヘッドレストが複数の材料から形成されている例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図８】振動アクチュエータと骨伝導マイクロフォンとの音響結合を低減するために、ヘッドレストが複数の材料から形成されている例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図９Ａ】振動アクチュエータと骨伝導マイクロフォンとの音響結合を低減するために、ヘッドレストがエアチャネルを含む材料から形成されている例示のコミュニケーションシステムを示す図である。
【図９Ｂ】様々な異なるヘッドセット構成及び振動アクチュエータ支持機構を示す図である。
【図９Ｃ】様々な異なるヘッドセット構成及び振動アクチュエータ支持機構を示す図である。
【図９Ｄ】様々な異なるヘッドセット構成及び振動アクチュエータ支持機構を示す図である。
【図９Ｅ】様々な異なるヘッドセット構成及び振動アクチュエータ支持機構を示す図である。
【図１０Ａ】様々な例示の耳栓構成を示す図である。
【図１０Ｂ】様々な例示の耳栓構成を示す図である。
【図１１】様々な例示の耳栓構成を示す図である。
【図１２】様々な例示の耳栓構成を示す図である。
【図１３】様々な例示の耳栓構成を示す図である。
【図１４】様々な例示の耳栓構成を示す図である。
【図１５Ａ】耳栓として流体充填バルーンの使用を含む例示の実施形態を示す図である。
【図１５Ｂ】耳栓として流体充填バルーンの使用を含む例示の実施形態を示す図である。
【図１５Ｃ】耳栓として流体充填バルーンの使用を含む例示の実施形態を示す図である。
【図１５Ｄ】耳栓として流体充填バルーンの使用を含む例示の実施形態を示す図である。
【図１６Ａ】外耳道内で膨らませた流体充填バルーンに振動アクチュエータを音響結合するために流体充填カテーテルが採用されている様々な例示の実施形態を示す図である。
【図１６Ｂ】外耳道内で膨らませた流体充填バルーンに振動アクチュエータを音響結合するために流体充填カテーテルが採用されている様々な例示の実施形態を示す図である。
【図１７】ローレンツ振動トランスデューサの様々な例示の実施形態を示す図である。
【図１８】ローレンツ振動トランスデューサの様々な例示の実施形態を示す図である。
【図１９】ローレンツ振動トランスデューサの様々な例示の実施形態を示す図である。
【図２０】ローレンツ振動トランスデューサの様々な例示の実施形態を示す図である。
【図２１】ローレンツ振動トランスデューサの様々な例示の実施形態を示す図である。
【図２２】ローレンツ振動トランスデューサの様々な例示の実施形態を示す図である。
【図２３】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図２４】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図２５】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図２６】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図２７】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図２８】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図２９】二方向コミュニケーションを実現するために複数の音響トランスデューサが遮音耳栓に組み込まれた様々な能動耳栓装置を示す図である。
【図３０Ａ】遮音耳栓に音響結合された筐体内に一つ以上の音響トランスデューサが備えられた例示の実施形態を示す図である。
【図３０Ｂ】遮音耳栓に音響結合された筐体内に一つ以上の音響トランスデューサが備えられた例示の実施形態を示す図である。
【図３０Ｃ】遮音耳栓に音響結合された筐体内に一つ以上の音響トランスデューサが備えられた例示の実施形態を示す図である。
【図３１】遮音耳栓に音響結合された筐体内に一つ以上の音響トランスデューサが備えられた例示の実施形態を示す図である。
【図３２】遮音耳栓に音響結合された筐体内に一つ以上の音響トランスデューサが備えられた例示の実施形態を示す図である。
【図３３】遮音耳栓内に収容された音響トランスデューサと電気的にインターフェースするための例示の実装形態を示す図である。
【図３４】遮音耳栓内に収容された音響トランスデューサと電気的にインターフェースするための例示の実装形態を示す図である。
【図３５】被験者により装着された耳栓に振動アクチュエータを接触させるためにヘッドホンバンド又はイヤマフによって振動アクチュエータが支持されている例示の実施形態を示す図である。
【図３６Ａ】磁気共鳴画像撮影スキャナのヘッドコイルと共に使用するのに十分に小型であるヘッドセット方式音響コミュニケーション装置の例示の実施形態を示す図である。
【図３６Ｂ】磁気共鳴画像撮影スキャナのヘッドコイルと共に使用するのに十分に小型であるヘッドセット方式音響コミュニケーション装置の例示の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の様々な実施形態及び態様について、以下に述べる詳細を参照しながら説明する。以下の説明及び図面は、本開示を例示するものであり、本開示を限定するものと解釈すべきではない。本開示の様々な実施形態を十分に理解することができるように、多くの特定の詳細が記載される。しかし、場合によっては、本開示の実施形態を簡潔に説明するために、よく知られた詳細又は従来からの詳細については説明しないことがある。
【００１７】
本明細書で使用する「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、包含的且つ非限定的であって、排他的ではないものと解釈されるべきである。具体的には、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語及びその変形は、明記されている特徴、ステップ又は構成要素が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、ステップ又は構成要素の存在を排除するものと解釈されるべきではない。
【００１８】
本明細書で使用される「例示の」という用語は、「例、事例又は例示となる」という意味であり、本明細書で開示されている他の構成よりも好ましいか又は有利であるものと解釈されるべきではない。
【００１９】
本明細書で使用される「約」及び「略」という用語は、特性、パラメータ、及び寸法の相違など、値の範囲の上限と下限との内に存在し得る差異を含むことが意図されている。特に明記されていない限り、「約」及び「略」という用語は、プラス又はマイナス２５パーセント以下を意味する。
【００２０】
特に断りのない限り、明記されている範囲又はグループは、範囲又はグループの一つ一つの要素を個別に指すと共に、その中に包含される一つ一つの可能な部分的範囲又は部分的グループ及びその中に含まれる部分的範囲又は部分的グループに対する類似性を指す、簡潔な指し方であるものと理解されるべきである。特に明記されていない限り、本開示は、部分的範囲又は部分的グループの一つ一つの特定の要素及び組み合わせに関わり、明示的に組み込む。
【００２１】
本明細書で、「オーダーの」という用語が数量又はパラメータと共に使用される場合、記載されている数量又はパラメータの略十分の一から十倍までにわたる範囲を指す。
【００２２】
本開示の様々な例示の実施形態は、磁気共鳴画像撮影（ＭＲＩ）スキャナ内及びその近傍などの騒音環境におけるコミュニケーションを容易にするためのシステム、装置及び方法を提供する。図１Ａを参照すると、耳１００と、外耳道１０５と、鼓膜１１０と、側頭骨１１５とを示す聴覚構造が図示されている。装着者に大きな周囲騒音に対する受動保護を与えるように外耳道を塞ぐ（閉塞させる）耳栓１２０も示されている。耳栓１２０と接触する振動アクチュエータ２１０が備えられ、振動アクチュエータは可聴周波数の振動を発生することができる。振動アクチュエータ２１０と耳栓１２０との接触の結果として振動アクチュエータ２１０からの振動が耳栓１２０に伝達され、振動は装着者に音として聞こえるように、側頭骨１１５に伝導される。
【００２３】
耳栓１２０は大きな周囲騒音に対する遮音をもたらすが、振動アクチュエータ２１０によって発生される可聴周波数振動は耳栓１２０に伝導され、耳栓１２０を伝わる。この振動は、耳栓１２０を介して側頭骨１１５と周囲の軟組織とに伝わり、内耳に音を伝え、骨伝導によって患者が明確に聞き取ることができる。
【００２４】
理論に限定されることを意図しないが、骨伝導は、振動アクチュエータ２１０によって発生された音を患者が聞き取ることができるようにする主要機構であるが、耳栓１２０の基部側から空中への振動エネルギーの伝達、それによる外耳道における空気中での音波の発生（及びそれに続く鼓膜の刺激）が、音響変換のための二次的機構を提供すると考えられている。これらの音響変換機構は両方とも、振動アクチュエータ２１０と耳栓１２０との直接の物理的接触によって、又は音響振動を伝導することができる中間媒体を介した間接的音響接触によって、振動アクチュエータ２１０から耳栓への振動の伝導を用いる。
【００２５】
図１に示す振動アクチュエータ２１０は、任意の種類の電気的又は機械的入力から振動を生成する任意の装置とすることができる。例としては、圧電結晶、圧電アクチュエータ、圧電ベンダ、及び磁気スピーカがあるが、これらには限定されない。
【００２６】
以下で詳述する例示の一実施形態では、振動アクチュエータ２１０は、ＭＲＩ環境の静（主磁場；Ｂｏ）磁場で使用するためのローレンツスピーカであってもよい。ローレンツスピーカは、電気配線が画定された膜を含む。ＭＲＩスキャナの磁場などの磁場に配置される場合、配線に電流が通されるとローレンツ力が発生する。電流の周波数が可聴周波数である場合、膜の音響振動が生じる。
【００２７】
例示の一実装形態では、耳栓１２０は、粘弾性ポリウレタンフォーム（例えば、「形状記憶」フォーム；低反発フォーム）から形成されているか又はそれを含んでよく、フォームは外耳道に挿入されるように圧縮され、有効な受動騒音消去を実現するように膨張して外耳道に係合する。粘弾性ポリウレタンフォームから形成されている耳栓では最大３５ｄＢまでの受動防音が一般的である。粘弾性ウレタンフォーム（形状記憶フォーム）は、摂氏３７度（人間の体温）まで熱せられると柔らかくなり、したがって外耳道の空洞などの温熱体に合わせて成形され得るという特徴的な材料特性を有する。さらに、形状記憶フォームは、元の成形形状に戻るという特性を有する。粘弾性ポリウレタンフォームは、耳栓に適した材料であり、圧縮して外耳道に挿入することができる粘弾性ポリウレタンフォームの円柱形塊体として提供されることが多い。挿入されると、フォームは膨脹し外耳道にぴたりと合い、外耳道の内表面上にしっかりと均一に接触する閉塞物を形成する。
【００２８】
別の例示の実装形態では、受動遮音を実現するために外耳道内に収まるように他の材料が採用可能である。そのような材料の非限定的例としては、ワックス、シリコーン、非形状記憶フォーム、及びソフトプラスチックがある。
【００２９】
ある例示の実装形態では、好都合な挿入を可能にしつつ、外耳道を塞ぐ構造的特徴を有する耳栓が形成されてもよい。例えば、図１Ｂを参照すると、耳栓の外耳道に挿入可能な部分が、外耳道を塞ぎながら外耳道内で耳栓を機械的に支持するように設けられた一つ以上の可撓性隆起部を含む耳栓が示されている。このような隆起部は、シリコーン又は可撓性の熱可塑性物質を含むがこれらには限定されない、可撓性材料から形成することができる。
【００３０】
上述のように、耳栓１２０は、振動アクチュエータ２１０によって発生された振動が側頭骨に伝導し、それによって、骨伝導を可能にする外耳道内での音響進路を容易にするように、可聴周波数での振動を伝導又は伝達することができる。
【００３１】
上述のように、耳栓１２０は側頭骨への振動の伝導を容易にする。耳栓と側頭骨との界面に対して平行な方向に進行する圧力波の効率的な伝達を確実にするために、耳栓は側頭骨に隣接する組織との機械的接触をもたらすように構成される。これは、耳栓の挿入可能部分の外面を、外耳道の全長のうちの少なくとも一部にわたり外耳道の内面と物理的に接触させる大きさ、形状及び／又は弾性を有する耳栓を提供することによって実現することができる。
【００３２】
耳栓と側頭骨との界面に対して垂直な方向に進行する圧力波の効率的な伝達を容易にするために、耳栓は、外耳道と側頭骨との周囲の組織の密度と類似した（同じオーダー内、すなわち１０×以内などの）密度を有する材料で形成されてもよい。例えば、本発明人等は、質量密度０．２５ｇ／ｃｃの粘弾性フォーム製の耳栓が、装着者に聞こえる音を実質的に結合することを見出した。約０．２ｇ／ｃｃから２０ｇ／ｃｃまでの範囲の質量密度を有する材料の場合に、適合する結合が実現されると期待される。別の具体例として、空気の密度と類似した密度（密度０．００１ｇ／ｃｃ）のきわめて多孔質の材料は、装着者が聞き取れる音を実質的に結合しない。そのような材料の例としては、上述のような粘弾性形状記憶フォーム、プラスチック、ワックス、熱可塑性物質、ポリマー又はこのような材料の複合物があるが、これらには限定されない。
【００３３】
図１Ａ及び図１Ｂに示す振動アクチュエータ２１０は、多様な実施形態及び実装形態による耳栓１２０と接触させることができることはわかるであろう。また、以下で詳述するように、振動アクチュエータ２１０は耳栓２１０と直接、機械的接触する必要はないことと、（空中での音の伝播がない状態で）振動アクチュエータ２１０によって発生された振動の耳栓１２０への結合（伝達）を容易にするために、振動アクチュエータ２１０と耳栓１２０との間に一つ以上の追加の固体又は液体を設けてもよいことがわかるであろう。言い換えると、振動アクチュエータ２１０は直接接触によって、又は一つ以上の音響結合材料又は構造を介した間接接触によって、耳栓１２０と音響伝導連通させてもよい。以下で詳述するように、一つ以上の音響結合材料を、振動アクチュエータ２１０から耳栓１２０への振動の効率的な音響伝導を支援するそれぞれの音響インピーダンスを有するように選択することができる。
【００３４】
ある例示の実施形態では、振動アクチュエータ２１０は、患者の頭部が外部支持体に接触させられると、振動アクチュエータ２１０によって発生された音響振動が（空中での音の伝播のない状態で）耳栓１２０に伝導されるように、外部支持体によって支持される。例えば、以下の例示の実施形態のいくつかで説明するように、振動アクチュエータ２１０は、患者の頭部がヘッドレストによって支持されると振動アクチュエータ２１０によって発生された音響振動が耳栓に結合されるように、ヘッドレストに装着、埋め込み、又はその他の方法で支持されることができる。
【００３５】
他の例示の実施形態では、振動アクチュエータが耳栓に装着、埋め込み、組み込み、又はその他の方法で支持される能動耳栓について説明する。
【００３６】
ある例示の実施形態では、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、複数の振動源を設けることができる。これにより、患者の位置の面倒な操作なしに、振動源と耳栓との適切な接触が確実に実現されることになる。構成が剛性振動源２１５の配列を必要とする場合は、そのうちのいくつかが耳栓とより均一に又は完全に接触することになる。これは、圧電ひずみゲージ又はロードセルから形成可能な圧力トランスデューサ２１６の配列を、振動源と接触して配置することによって判断することができる。圧力トランスデューサの配列と振動源とは、それぞれの増幅器への電気接続が行われる剛性板２１８上に取り付けることができる。各振動源が音声増幅器２１９によってパワー供給される一方、各圧力トランスデューサからの信号が前置増幅器２２１の配列によって検出され、増幅されることとなる。
【００３７】
この配列が患者の外耳に配置された後、圧力トランスデューサからの信号がサンプリングされ、この中から、最大の接触圧力を有するトランスデューサが振動源の供給のために選択される。あるいは、圧力トランスデューサから検出された圧力の分布に応じて、複数の振動源を作動させることも可能である。これらの信号は、音響電子部品２１７によって解析され、音声信号が患者に送られる。
【００３８】
図１Ｅに示すように、耳栓への振動運動の十分な供給を確実にするために、適切な密度及び剛性の材料を、耳栓と振動源の間に介在させることができる。インピーダンス整合層５０が振動源２１０の患者側に接着され、耳栓１２０と接触して配置される。
【００３９】
図２Ａに、ＭＲＩ走査時に使用するためのヘッドレスト方式コミュニケーションシステムの例示の実施形態を示す。ＭＲＩスキャナの空洞内で使用するための頭部支持ヘッドレスト２００が、患者１３０の頭部を支持する。ヘッドレスト２００には、患者の頭部１３０がヘッドレスト２００によって支持されている間、患者が装着する耳栓１２０の外面に物理的に接触するように振動アクチュエータ２１０が組み込まれている（例えば凹部に配置されている）。コミュニケーションヘッドレスト２００は、走査技師から患者へのコミュニケーションを容易にするために採用することができ、それに加えて、又はそれに代えて、ＭＲＩスキャナの走査動作中に、音楽、オーディオブック、又は映画などの娯楽コンテンツを患者に提供するために採用されてもよい。
【００４０】
振動アクチュエータ２１０はヘッドレスト２００の凹部に配置（嵌め込み）されているように図示されているが、振動アクチュエータ２１０はその代わりに、ヘッドレスト２００の、患者の耳の位置に隣接する表面に取り付けることもできる。
【００４１】
図２Ａに示すように、各振動アクチュエータは、増幅器２１５と、振動アクチュエータ２１０を振動させるように設計された電子部品２２０とに電気的に接続される。例えば、振動アクチュエータ２１０が圧電デバイスである場合、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）受信器モジュールによって供給される音声信号に基づいてデバイスを駆動するために、ＭＡＸ９７８８などのクラスＧセラミックスピーカドライバを使用することができる。振動アクチュエータがローレンツスピーカである場合、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ受信器モジュールによって供給され、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ受信器モジュールから受信した音声信号に基づいてデバイスを駆動するために、ＭＡＸ９８３０９などのクラスＡ又はＡ／Ｂ増幅器を使用することができる。当業者は、特定の種類の振動アクチュエータ２１０と共に使用するために適切な電子機器を選択することができることを理解されたい。
【００４２】
ある例示の実施形態では、振動エネルギーが実質的な減衰なしに介在材料を介して耳栓まで伝導されることを条件として、各振動アクチュエータ２１０はヘッドレスト２００が耳栓１２０と接触する位置から空間的にずれていてもよい。例えば、非限定的例示の実施形態では、振動アクチュエータ２１０を１ｃｍと２０ｃｍの間に配置することができ、ヘッドレスト２００の材料特性によっては、この空間的ずれの結果として−０．０１ｄＢと−２０ｄＢの間の振動の減衰が生じるが、それでも少なからぬ振動エネルギーを耳栓１２０に伝達させることができる。また、この減衰は、振動アクチュエータ２１０のパワーを増大させることによって補償することも可能である。
【００４３】
本例示の実施形態の多くは、頭部の両側に振動アクチュエータを要する二重アクチュエータ実施形態を示しているが、これらの実施形態のいずれも、頭部の一方の側に一つ以上の振動アクチュエータを有する単一サイド形態を提供するように改変してよいことはわかるであろう。図２Ｂにそのような一実施形態の一例を示す。
【００４４】
図３に、振動アクチュエータ２１０と耳栓１２０との間のヘッドレスト材料が振動アクチュエータ２１０を間接的に耳栓１１０と音響伝導連通させる結合媒体となるように、振動アクチュエータ２１０がヘッドレスト２００に埋め込まれ、ヘッドレストが耳栓１２０と接触する場所から振動アクチュエータ２１０が空間的にずれている、上記のような例示の一実施形態を示す。各振動アクチュエータによって発生される振動が各耳栓に直接結合される図２Ａに示す例示の実施形態とは異なり、図３に示す振動アクチュエータ２１０から発生する振動は、耳栓１２０の外面に伝達される前にヘッドレスト材料の長さを通って伝導される。
【００４５】
例示の一実施形態では、ヘッドレスト材料と耳栓材料の音響インピーダンスは、ヘッドレスト２００と耳栓１２０の間の有効振動エネルギー伝達を可能にするように選択することができる。インピーダンス不整合は音響反射及び非効率につながる可能性がある。例えば、材料は、材料界面を通る音響パワーの伝達係数が２０％を上回るように選択することができ、音響パワーの伝達係数は１−［（Ｚｈｅａｄｒｅｓｔ＋Ｚｅａｒｐｌｕｇ）／（Ｚｈｅａｄｒｅｓｔ−Ｚｅａｒｐｌｕｇ）］２として計算することができ、ここでＺｈｅａｄｒｅｓｔはヘッドレストの音響インピーダンスであり、Ｚｅａｒｂｌｕｇは耳栓材料の音響インピーダンスである。この条件は、ヘッドレスト材料及び耳栓材料の音響インピーダンスが互いの１０倍以内である場合に満たされる。
【００４６】
振動アクチュエータ２１０は例示の実施形態の多くにおいて、振動アクチュエータ２１０から発生する振動が耳栓１２０の長軸に対して平行に発せられるように位置合わせされているものとして図示されているが、ずれ又は回転の結果として実質的な音響結合損失が生じない限り、振動アクチュエータ２１０は各耳栓長軸を基準にしてずれているか又は回転していてもよいことはわかるであろう。
【００４７】
図４Ａに、振動アクチュエータ２１０から耳栓１２０への振動エネルギーの音響伝導を容易にするために、音響伝導性材料の音響導管２３０（例えば柱又はその他の構成要素）がヘッドレスト２００に埋め込まれている別の例示の実施形態を示す。音響導管２３０は、振動アクチュエータ２１０から耳栓１２０への音響エネルギーの伝導を容易にするように選択された音響伝導性材料から形成されている。音響導管２３０を形成するのに適合する材料の例としては、２０ｄＢを超えてエネルギーを減衰させることなく耳栓に振動エネルギーを伝導することができると共に、振動エネルギーの伝達係数が少なくとも２０％となるように音響整合された材料があるが、これらには限定されない。そのような材料の非限定的例としては、ワックス、シリコーン、非形状記憶フォーム、及びソフトプラスチックがある。
【００４８】
音響導管２３０は、その先端がヘッドレストの外面に、又は外面に隣接して位置するように配置されてもよい。例示の一実装形態では、音響導管２３０の先端はヘッドレスト表面に配置されてよい。別の例示の実装形態では、音響導管２３０の先端はヘッドレスト表面から外側に突出して（外側に延びて）いてもよい。
【００４９】
図４Ｂに、ヘッドレスト２００の外面上又は外面を越えて位置する（又はヘッドレスト２００の外面内の凹部に配置される）振動アクチュエータ２１０間に音響伝導経路（チャネル、導管）を設けるように音響導管２３０がヘッドレスト２００を通って延びる別の例示の実施形態を示す。
【００５０】
ある実施形態では、ヘッドレストコミュニケーションシステムは、ヘッドレストが振動アクチュエータ２１０と耳栓１２０との接触を介して音響振動を患者に伝達することができるように、また、患者が発生した発話を骨伝導マイクロフォンを通して検出することができるように、ヘッドレストに骨伝導マイクロフォンを組み込むことによって、双方向（二方向）コミュニケーションシステムをサポートするように適応化されてもよい。
【００５１】
図５に、ヘッドレスト２００が患者の頭部１３０を支持するように示され、ヘッドレスト２００は患者が装着する耳栓１２０と接触する埋め込み振動アクチュエータ２１０と、ヘッドレスト２００に埋め込まれた骨伝導マイクロフォンとを含む、そのようなヘッドレスト方式のコミュニケーションシステムの一例を示す。骨伝導マイクロフォン２４０は、患者の頭部の後部に接触して、患者の声の受信を可能にする。発話中、声帯で発せられた振動が頭蓋骨などの身体構造に伝達される。これらの振動が、骨伝導マイクロフォン２４０によって検出され、発話として表現されることになる電気信号に変換される。発話感知が、空中の音波の伝播ではなく音響振動に基づいて行われるため、骨伝導マイクロフォン２４０は伝播する音波の形態の周囲騒音に対する感度が低い。したがって、骨伝導マイクロフォン２４０は、ＭＲＩスキャナの大きな騒音を感知せず、それによってＭＲＩスキャナの動作中に患者と走査技師などの他の個人との間の有効なコミュニケーションを可能にする。骨伝導マイクロフォンは前述の例示のヘッドレストコミュニケーションシステム及びその変形のいずれにも組み込むことができることはわかるであろう。
【００５２】
本例示の実施形態は、音波の伝播がない状態で二方向音響コミュニケーションが容易にされ、振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０とが患者との間の振動の音響伝導に基づく音響コミュニケーションを可能にする、音響コミュニケーションシステムを示す。
【００５３】
骨伝導マイクロフォン２４０は、音響振動の検出に適合する広範囲な音響トランスデューサにより実装されることができることはわかるであろう。例えば、ある非限定的例示の実装形態では、振動マイクロフォン２４０は、加速度計、速度センサ、近接プローブ、圧電結晶、又は圧電ベンダを含み得る。
【００５４】
あるいは、別の例示の実装形態では、骨伝導マイクロフォンはローレンツマイクロフォンを使用して実装されてよく、その場合、ローレンツ音響スピーカが、ＭＲＩの磁場において振動する導体に電位が誘導される相反モードで使用される。この例では、骨伝導マイクロフォン２４０は、増幅器、プロセッサ、及び／又は、無線送信機を含むがこれには限定されない追加の電子装置２４５に動作可能に接続することができる。当業者は、所与の実装形態において使用される特定の種類の骨伝導マイクロフォンに附随する適切な電子装置を選択することができることはわかるであろう。
【００５５】
図６を参照すると、振動アクチュエータ２１０が、ヘッドレスト２００内部に埋め込まれている（又はその凹部に配置された）それぞれの遮音領域（例えばチャンバ）２５０内で支持されている例示の実施形態が示されている。遮音領域２５０は、振動アクチュエータ２１０と耳栓１２０との間の方向以外の方向に沿って振動アクチュエータ２１０からヘッドレスト２００内に結合される振動の強度を低減し、それによって骨伝導マイクロフォン２４０によって検出されるスプリアス振動の強度を低減する。
【００５６】
振動アクチュエータ２１０から耳栓１２０に振動を伝導するための音響伝導経路を設けるために、（上述のような）音響伝導性材料から形成されている音響導管２３０もヘッドレスト２００に埋め込まれてもよい。図６に示す例示の実施形態では、各音響導管２３０が遮音領域２５０の壁内の開口を通って延びる。様々な非限定的例示の実装形態によると、遮音領域２５０は、完全真空チャンバ、細フィラメントウェビングから形成された塊体、剛性マッシブウォールで形成されたチャンバなどの実質的な低減質量密度の領域によって形成することができる。あるいは、ヘッドレスト材料と遮音チャンバの壁材料との間の音響インピーダンス不整合の結果として伝達係数が５０％以下になるように、高密度材料の壁を使用して遮音チャンバを形成することができる。
【００５７】
本例示の実施形態は、音波の伝播がない状態で音響コミュニケーションが容易にされ、振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０とが、患者との間での振動の音響伝達に基づく音響コミュニケーションを可能にする、音響コミュニケーションシステムも示す。
【００５８】
次に図７を参照すると、ヘッドレスト２００が異なる材料から形成されている異なる領域を含む、例示のヘッドレスト方式のコミュニケーションシステムが示されている（図は、二つの異なる材料を含む例示の実装形態を示している）。図に示す例示の実装形態では、ヘッドレスト２００は、基部領域が患者の頭部の背後にある（例えば、本例では基部領域は骨伝導マイクロフォン１４０を支持する）第１の材料から形成されている基部２６０と、第２の材料から形成されている二つの側部２６５とを含み、側部２６５が振動アクチュエータ２１０を支持する。第１の材料は、患者に快適感を与えるためのクッション特性を有するように選定されてもよい。適合する材料の非限定的例は、圧縮性フォーム又は形状記憶フォームを含む。圧縮性フォームは、患者の頭部の重量がかかった状態でその非圧縮厚さの１０％未満まで圧縮しないように（患者の頭部が台に触れないようにするのに十分な堅さだけ柔らかいように）選択することができる。第２の材料は、頭部１３０がヘッドレストの基部２６０によって支持されると振動アクチュエータ２１０を耳栓１２０としっかり接触（例えば有効な音響伝導に適する接触）をさせることができる機械特性（例えば剛性及び／又は弾性）を示すように選択することができる。非限定的例は非圧縮性材料を含む。
【００５９】
ある例示の実装形態では、二つの材料の物理特性は、異なる音響インピーダンスを有するように選択されてよい。例えば、材料は、一方の材料から他方の材料に伝達される振動エネルギーの伝達係数が５０％未満であるように選択されてもよい。異なる音響インピーダンスにより、（骨伝導マイクロフォン２４０を収容する）基部２６０と（振動アクチュエータ２１０を収容する）側部２８５との間にインピーダンス不整合境界２７５が生じ、その結果、振動アクチュエータ２１０から骨伝導マイクロフォン２４０に向かって進行する波が反射を受けることとなり、それによって振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との間の音響結合の量が減少する。
【００６０】
図８に、ヘッドレスト２００が振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との間に遮音領域を含む別の例示の実施形態を示す。図７に示す例示の実施形態のように、頭部の背後の中央基部領域２６２と、患者の耳に隣接する側部領域２６５とで異なる材料を採用してもよい（あるいは、側部領域２６５と中央基部領域２６２とに共通材料を使用してもよい）。本例では、側部領域２６５と中央基部領域２６２との間に遮音領域２６４が設けられ、遮音領域２６４は振動アクチュエータ２１０を骨伝導マイクロフォン２４０から音響的に隔離する材料を含む。例えば、遮音領域２６４は、５０％未満の境界を通る低効率伝達係数を生じさせるために、音響障壁を形成するように選択される、ネオプレンなどのきわめて稠密な材料から形成されていてもよいが、これには限定されない。別の例では、遮音領域は、アクチュエータとマイクロフォンとの間の音響伝達を低減するために、−０．５ｄＢ／ｃｍを超える減衰係数を有する材料から形成されていてもよい。非限定的例としては、超低密度のパース及び多孔質フォーム、真空領域、又はガス充填領域がある。
【００６１】
次に図９Ａを参照すると、ヘッドレスト２００が二つの遮音チャネル２７０を含む例示のヘッドレスト方式コミュニケーションシステムが提供される。チャネルは、振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との間に配置され、それによって振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との音響結合量を低減する。音響結合量のこの低減は、振動アクチュエータ２１０から骨伝導マイクロフォン２４０に振動を伝導することになるヘッドレストの材料を除去することによって実現される。図９Ａに示す例示の実装形態は、振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との音響伝導結合を低減又は防止するためにヘッドレストに形成することができる多くの異なる可能なチャネル形状の非限定的一例を示すために提供するものであることはわかるであろう。振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との間の有効経路長を長くするために、様々な別のチャネル及び切り欠き構成も採用してよい。
【００６２】
図９Ｂを参照すると、患者が装着する耳栓１２０と接触するように使用される振動アクチュエータ２１０が、骨伝導マイクロフォン２４０を収容するヘッドレスト２００から物理的に分離されている支持枠２８０によって支持される、例示のヘッドレスト方式コミュニケーションシステムが示されている。ヘッドレスト部２４０から振動アクチュエータ２１０を分離することは、振動アクチュエータ２１０と骨伝導マイクロフォン２４０との結合を低減するという利点を有する。
【００６３】
ある実施形態では、異なる頭の大きさに対応するために、振動アクチュエータ２１０支持体の位置の調整を容易にするように、一つ以上の位置決め機構を支持枠２８０に組み込んでもよい。
【００６４】
ヘッドサポート及び耳伝導装置は、外耳道の閉塞を最大限にしつつしかも患者にとって不快にならないように、耳栓に十分な圧力が確実にかかるようにするために、患者を基準にして位置決めされる必要がある。これには、異なる患者の大きさと位置と形状とに適応するように装置の何らかの調整を必要とする場合がある。したがって、ある例示の実施形態では、ヘッドサポートが震動源の位置決めを可能にする（例えば運動自由度３）機械的構造をもたせるように構成されてもよい。図９Ｃに示すように、震動源２１０を、旋回軸２８４を中心に回転可能な支持アーム２８２の端部に取り付けることができる。この旋回軸２８４は、音響減衰耳栓に対する震動源の圧縮を維持するようにばね留めされてもよい。
【００６５】
本例示の実施形態では、患者の頭部が、形状記憶ソフトフォームからなるヘッドサポート２００上に載り、この形状記憶ソフトフォームが骨伝導頭蓋マイクロフォン２４０を支持する。ヘッドサポート２００は、断面図に示す取り付け枠２９０の上部に載置される。この取り付け枠は、スライド旋回アームコネクタ２９２に取り付けられている。このスライドは、図のように支持アームの動きを可能にし、垂直方向に旋回することができるようにする、蟻継ぎベベルの形態を取ることになる。したがって、サポートの旋回アームコネクタ２９２に対する垂直方向の運動と支持アーム２８２の回転運動とにより、患者の体型又は頭の向きに関わりなく、振動源２１０を耳と減衰耳栓とに正確に配置することができる。
【００６６】
頭尾（ｃｒａｎｉａｌ−ｃａｕｄａｌ：ＣＣ）方向における患者の位置に好都合に対応するために、ヘッドサポート２００は、図９Ｄに示すような別の調整機構も備える。軸２９６上をスライド可能であって旋回アームの荷重のばね固定機構を維持するように設計されたリニア軸受２９４上を、旋回アームが走行する。これにより、ＣＣ方向における支持アームの振動源２１０位置の調整が可能になる。
【００６７】
患者への振動の効率的な伝導を確実にするために、図９Ｅに示すように振動源を、固定された剛性枠上に保持してもよい。これを実現する一つの手段は、患者の頭部を囲む剛性円筒１０を使用して構成することであろう。患者の頭部が柔らかいヘッドレスト上に載ると共に、耳栓が耳に挿入される。振動源２１０は、ノブ３０によって振動源の位置の変化を可能にするためのねじ棒を含み得る調整可能接続部２０を介して円筒に接続される。
【００６８】
ある実施形態では、患者が装着する耳栓は、耳栓が外耳道の長さの一部にわたり外耳道の断面の端から端まで延びるように装着者の外耳道を完全に塞ぎ、それによって周囲騒音に対する受動遮音（防音）を実現するように構成される。したがって、耳栓は、伝播する音波（周囲騒音）からの隔離を実現すると共に、上述のように伝導音響コミュニケーションを可能にするために振動アクチュエータとの物理的接触（直接又は間接的接触）を容易にする。
【００６９】
図１０Ａに、外耳道を塞ぐと共に振動アクチュエータ２１０と患者の組織との音響結合をもたらすように構成された耳栓３００の一例を示す。例示の耳栓３００は、外耳道に挿入可能に構成された細長い先端部３０２からなる。細長い先端部３０２は、細長い先端部３０２が外耳道に挿入されると細長い先端部３０２が外耳道の少なくとも一部にわたり外耳道を完全に塞ぐと共に、受動防音を実現し、外耳道の周囲の、又は外耳道に隣接する身体構造との音響伝導結合を容易にするように、圧縮性材料で形成されている。細長い先端部３０２は、図に示すように円柱形であってもよく、又は、細長い先端部３０２を外耳道に挿入すると外耳道を塞ぐのに適合する形状であれば他の形状を備えていてもよい。例示の一実施形態では、耳栓の細長い先端部３０２は粘弾性ポリウレタンフォームから形成されている。
【００７０】
例示の耳栓３００は、細長い先端部３０２が外耳道に挿入されると装着者の耳から外側に延びるように構成された基部音響結合部３０４も含む。基部音響結合部３０４は、ヘッドレスト２００又は振動アクチュエータ１２０と接触するために外側に延び、それによって振動アクチュエータ１２０によって発生された振動が耳栓３００を通って外耳道の周囲の骨組織に音響的に伝導される。基部音響結合部３０４は、粘弾性ポリウレタンフォームなど、細長い先端部と同じ材料で形成されていてよい。あるいは、基部音響結合部３０４は、細長い先端部３０２とは異なる一つ以上の特性を有する材料から形成されていてもよい。
【００７１】
ある例示の実装形態では、耳栓３００は一体構造として、又は、細長い先端部３０２を基部音響結合部３０４に接合することによって形成されてもよい。
【００７２】
ある実施形態では、耳栓３００は導電性材料から形成されていてもよい。そのような場合、ヘッドレスト２００及び／又は振動アクチュエータ２１０との接点も導電性である場合、被験者への導電路（又は両方の耳栓が導電性の場合は複数の導電路）は、適合する接触が確立された時点を検出しやすくすることができる。別の例示の実施形態では、ヘッドレスト２００は、使用中にヘッドレスト２００と耳栓との間に十分な圧力が確立されたか否かを判断するように構成された一つ以上の圧力センサを含んでもよい。
【００７３】
基部音響結合部３０４は、図１０では円柱形円板（例えば基部音響結合フランジ）として図示されているが、細長い末端部３０２が外耳道に挿入されたときに基部音響結合部３０４がヘッドレスト２００及び／又は振動アクチュエータ２１０と接触可能である限り、多様な形状を備えてもよい。
【００７４】
図１０Ａに、例示の円筒形振動アクチュエータ２１０と接触させた図１０Ａの例示の耳栓を示す。
【００７５】
例えば、図１１に示すように、基部音響結合部は３０６に示すような球形（又は半球形）形状とすることができる。
【００７６】
別の例示の実施形態では、基部音響結合部３０４は、細長い先端部３０２の長軸に対して角度をなす長軸を有する細長い形状を備えてもよい。例えば、図１２に示すように、基部音響結合部は、３０８に示すような円柱形状の形態で設けられてもよく、この場合、円筒形音響結合部３０８の長軸が細長い先端部３０２の長軸に対して直交している。
【００７７】
当業者には、基部音響結合部及び細長い先端部のために多くの他の形状も採用可能であることがわかるであろう。例えば、耳栓の細長い先端部は複数の閉塞構造を含んでもよい。閉塞構造は、細長い中央部材から放射状に延びてもよい。図１３に、細長い先端部が、細長い先端部材３１２に沿って長手方向に間隔をおいて細長い先端部３１２から半径方向に延びる、複数の閉塞円板３１０を含む例示の実装形態を示す。閉塞円板３１０は外耳道の閉塞を容易にし、耳栓を外耳道内で機械的に支持し、外耳道の周囲の組織構造への音響結合を容易にする。
【００７８】
ある実施形態では、耳栓の細長い先端部及び基部音響結合部は共通の材料から形成されていてもよい。あるいは、耳栓の機能性を向上させるように、細長い先端部及び基部音響結合部が複数の材料から形成されていてもよい。ある例示の実装形態では、細長い先端部及び基部音響結合部の一方又は両方が複数の材料で形成されてもよい。
【００７９】
図１４に、第１の材料が耳栓の基部周辺領域３２０を形成し、耳栓から組織への振動の有効な結合を容易にする、二種類の異なる材料を使用して形成された例示の耳栓を断面図で示す。耳栓から外耳の周囲の組織への有効な音響結合を容易にするために、この第１の材料は外耳道及び側頭骨の周囲の組織の密度と類似した密度（例えば同じオーダー内、例えば１０×以内）を示すように選択してもよい。ただし、挿入に便利なようにするためと、第１の材料と組織との十分な接触を維持するのに耳栓の十分な圧縮性をもたせるために、耳栓の中央（例えばコア）領域３２５の形成に第２の材料を採用してもよい。第２の材料は、第１の材料より低い密度を有すると共に、第１の材料より高い圧縮性及び／又は弾性を示してもよい。望ましい材料の一例としては、半圧縮性フォームがあるがこれには限定されない。半圧縮性フォームの目的は、外耳道に圧力を加えて第１の材料と外耳道との間の摩擦を増大させ、それによって耳栓から側頭骨への振動の伝達を増大させることである。コア材料も騒音遮断をもたせるように選択することができ、一方、周辺部は側頭骨と振動アクチュエータとの音響結合をもたらす。
【００８０】
骨伝導による音声の作動に代わるものは、バルーンカテーテルに類似した装置を図１に示すように外耳道に挿入することであろう。カテーテルの先端には、可撓性ゴムなどの材料からなる膨張可能バルーンがあり、このバルーンは、代わりにラテックスなどの他の材料からなってもよい。元の状態ではバルーンはしぼんでおり、外耳道に挿入するのに十分な小ささである。シリンジ又は同様の圧力誘起装置を使用して、滅菌水などの流体をチューブを介してバルーン内にポンプ注入してもよい。これは、バルーンを滅菌水で膨らませる機能を果たし、それによって受動騒音消去システムとして外耳を塞ぐことになる。
【００８１】
したがって、ある実施形態では、耳栓の少なくとも一部を、外耳の遮音閉塞を行うと共に、振動アクチュエータから外耳道周囲の組織に振動を伝導するための音響結合をもたらす非圧縮性液体で満たしてもよい。例えば、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、少なくとも一つの管腔３５０を画定する細長い被覆を有する可撓性カテーテルを含み、管腔３５０が、細長い被覆の先端又は先端付近に配置されたインフレータブルバルーン３６０と流体連通している、耳栓アセンブリが示されている。カテーテルの基部端は、バルーンを膨らませるようにバルーン３６０内の圧力を増大させることが可能なシリンジ３７０又はその他の装置に接続されているか又は接続可能である。
【００８２】
図１５Ｃ及び図１５Ｄに示すように、バルーン３６０が最初は膨らんでいない状態で細長い被覆の先端部を外耳道に挿入することができる。シリンジ３７０によって圧力が加えられた状態で管腔３５０内に流体が注入されると、バルーン３６０が流体で満たされて膨らまされ、その結果、バルーン３６０の外面が外耳道の内面と接触する。バルーンを満たすために使用される流体は、水、食塩水、及び鉱物油などの流体とすることができるが、これらには限定されない。流体で満たされたバルーン３６０は、外耳道を稠密材料で満たすことと、外耳道を封止することとにより、受動遮音を実現する。細長い被覆の先端部は、管腔がバルーン３６０に向かって、及び／又は、バルーン３６０内で拡大し、それによって音響反射を低減するように構成されてもよい。
【００８３】
カテーテル部は、ＰＥＥＢＡＸ、シリコーンゴム、ナイロン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ラテックス、及び熱可塑性エラストマなどの材料から形成することができるが、これらには限定されない。装置のバルーン部３６０は、血管形成術用バルーンの製造で採用される材料と同様の材料を使用して形成することができる。非限定的例としては、可撓性ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びナイロンがある。
【００８４】
図１６Ａに、図１５Ａ乃至図１５Ｄのバルーンカテーテル耳栓を使用した例示のコミュニケーション装置を示す。図１６に示すように、カテーテルの一部が、一つ以上の振動アクチュエーション装置２１０と接触させられる。この接触によって、カテーテルに沿って先端のバルーン３６０に向かって進む振動が発生する。流体で満たされたカテーテルと接触する耳栓装置から離れて配置された、一つ以上の振動アクチュエータ２１０を使用して耳栓内に向けて送り出される振動の発生によって、患者の聞こえが可能になる。振動アクチュエータの底面は、アクチュエータの振動エネルギーのすべてがカテーテルに伝達されるように、非移動体に固定されているものとして図示されている。
【００８５】
別の例示の実施形態では、図１６Ａに示すシリンジのプランジャが、スピーカ振動板又は圧電トランスデューサなどの音響発生要素を含み、それによって細長い被覆の管腔内の長手方向の音波の直接励起を可能にするようになされてもよい。
【００８６】
図１６Ｂに、カテーテル導管が、電気機械アクチュエータ３８０を含む剛性の水密チャンバ内に通る、別の例示の実施形態を示す。アクチュエータは、電気刺激下でアクチュエータが拡大されるように圧電材料からなることができる。アクチュエータは、チャンバを介してアクチュエータと接続する音声増幅器３９０を介してパワー供給される。この増幅器からの音声信号がアクチュエータの拡大及び収縮を引き起こすと、アクチュエータの周囲の流体が振動子圧力変化を受け、これが導管に沿って外耳道とバルーンとに伝達される。これにより、バルーンが往復振動を受け、この振動が骨伝導又は鼓膜を介して患者の聴覚系に伝達される。
【００８７】
前述の例示の各実施形態では、振動アクチュエータについて、振動アクチュエータが患者が装着する受動耳栓と音響接触されるように、患者の頭部を支持するヘッドレスト内又はヘッドレスト上に配置されるものとして説明した。以下の別の例示の各実施形態は、内蔵振動アクチュエータを有する能動耳栓に関する。
【００８８】
図１７を参照すると、能動耳栓の例示の実施形態が示されており、フォーム材耳栓４００が耳栓４００に装着又は接着された基板４０５を有するものとして示され、基板４０５は、ローレンツ振動アクチュエータとして機能する一つ以上の導体（例えば導電経路又は配線）を含む。各導体内を図の矢印４０１で示す方向に電流Ｉが流れる。円形の基板４０５は、能動耳栓が患者に装着されると導体がＭＲＩスキャナの主静磁場Ｂｏに対して角度をなして（好ましくは直角に）向けられるように位置決めされる。導体４１０はそれぞれ、静磁場Ｂｏと電流の両方に対して直角の方向に、以下の式によるローレンツ力Ｆを受ける。
Ｆ  ＝  Ｉ∫ｄｌ  ×  Ｂｏ            （１）
【００８９】
導体４１０に働くローレンツ力は基板の変位を生じさせる。可聴周波数で配線に交流電流が印加されると、基板はそれに応答して同じ周波数で変位し、それによって伝播圧力波を発生する。この圧力波は、基板と耳栓との接触により耳栓を通って外耳道の周囲の骨に伝導され、それによって圧力波が耳栓の装着者に知覚される可聴音を生じさせる。
【００９０】
上述のように、導電配線はＭＲＩスキャナの静磁場に対して垂直な向きとされる必要はない。導体がＭＲＩの主静磁場に対して垂直でないように耳栓が装着された場合、導電配線上の電流のうちの磁場に対して垂直の方向の成分が、基板の変位を生じさせる。
【００９１】
なお、導体が装着される基板は剛性である必要はなく、基板から発する振動が耳栓に伝達されることができるように基板が耳栓に装着、接着、取り付け、押し付け、又はその他の方法で機械的に接触される限りは、ポリイミド（カプトン）、プラスチック、及び任意の種類の可撓性ポリマーを含むがこれらには限定されない材料からなる可撓性基板であってもよいことに留意されたい。
【００９２】
例示の一実施形態では、基板及び導電配線は可撓性プリント回路板を使用して形成されてもよく、その場合、適合する導体パターンが銅張り積層板上にエッチングされる。あるいは、別の例示の実装形態では、導体は介在物質なしに耳栓に直接取り付けられてもよい。
【００９３】
図１８に、耳栓が磁気共鳴スキャナ内の患者によって装着されると導電配線４１０がＭＲＩスキャナの静磁場（Ｂｏ磁場）に対して角度をなして（好ましくは直角に）向けられるような向きに導電配線４１０が配置される、例示の実装形態を示す。導電配線４１０は、図に線分４１５で示すように並列に接続される。導電配線４１５の両端にある端子（４２０及び４２２）に交流電圧が印加されると、導電配線を電流が流れる。導電配線４１０に加えられるローレンツ力によって、基板４０５の変位が生じ、それによって、骨伝導により装着者に聞こえる圧力波が生じる。導電配線４１５は任意の適合する導電性材料からなり得る。例としては、銅、スズ、銀、又は金があるが、これらには限定されない。
【００９４】
図１９を参照すると、導電性材料４３０の中密平面切片からなる導体が取り付けられた能動耳栓４００の例示の実施形態が示されている。二つの電極（４３２及び４３４）が導電面の両側に配置されている。二つの電極の間を流れる電流が面全体に配電され、これによっても導電面上に分散ローレンツ力を生じさせる。
【００９５】
図２０を参照すると、可撓性膜に取り付けられた一連の垂直導電配線４４０が（図１８に示すように並列ではなく）互いに直列に接続された、能動耳栓４００の例示の実施形態が示されている。導電配線内の電流が垂直配線すべてにおいて同じ方向に流れるように導電配線を接続するために、４４２及び４４４に示す追加の導体が存在し、それによって基板の面上で垂直配線に生じるローレンツ力が同方向となる。垂直配線を接続する追加の導電配線は、意図的に基板の周縁部に配置されている。周縁導体上にはローレンツ力が垂直導体のローレンツ力とは反対の領域があるにもかかわらず、基板上の全体的な正味ローレンツ力が存在することになる。可撓性基板を使用する場合、ローレンツ力の分散により、基板の特徴的な曲げが生じ得る。全体的に見て、この場合でも振動が生成され、耳栓材料を通って伝達される。直列に接続された垂直配線を有する利点は、基板の表面にわたって同等なローレンツ力を生じさせるために端子において必要な電流がより少ないことである。この例では、中央の垂直配線４４０を接続する追加の導体が、基板に取り付けられた追加の配線（可撓性プリント回路上に存在するような配線など）として示されているが、これらの追加の導体は代わりに、磁石線、絶縁銅線、又は任意の他の種類の導体の形態で設けられてもよいことはわかるであろう。
【００９６】
図１８及び図２０の導電配線は、配線がＭＲＩの主静磁場（Ｂｏ）に対して垂直であることから、簡単のために垂直配線として示されていることを理解されたい。しかし、当業者は、導体上でローレンツ力を生じさせるためには、導電配線に附随する電流ベクトルが磁場に対して垂直な成分を有するだけでよいことがわかるであろう。別の例示の実施形態では、基板上で変位を生じさせて音声を発生させることになるローレンツ力を生じさせる、いくつかの導電配線パターンが採用可能である。
【００９７】
前述の各図では、導体は耳栓の外面に配置されるものとして示した。図２１を参照すると、耳栓４００の外面上ではなく耳栓４００の内部に導体４１０が埋め込まれた耳栓が示されている。
【００９８】
図１８乃至図２０に示す例示の実施形態について、装着者が骨伝導によって聞くことができる音を発生することができるものとして示した。しかし、図１８乃至図２０に示す能動構成要素は、それに加えて、又はそれに代えて、耳栓の装着者によって発話中に発生される振動を感知するために採用することができる。
【００９９】
発話中、声帯で発せられる振動が、外耳道に沿って位置する骨を含む身体構造に伝達される。図２２を参照すると、基板４０５上に一連の垂直導体４１０を組み込んだ能動耳栓４００が図示されている。発話中、装着者は、基板とその上に形成された導体４１０も振動させるわずかな振動を、耳栓４００上に誘起する。各導体４１０に電圧Ｖが誘起され、この電圧は、以下の式により、ＭＲＩ（Ｂｏ）の主静磁場に対して垂直な方向の導体の速度ｖの成分に比例する。
Ｖ  ＝  ｖ∫ｄｌ  ×  Ｂｏ            （２）
【０１００】
導体４１０にかかる時間変化する電圧は、振動の振幅に正比例し、発話を表す。したがって、装置はマイクロフォンとして使用することができ、録音又は音声コミュニケーションシステムへの入力として使用可能である。
【０１０１】
耳栓上にマイクロフォンを形成するために、いくつかの種類の導体構成が可能であることを理解されたい。これらには、図１８乃至図２０に示すものが含まれるがこれらには限定されない。
【０１０２】
本開示により提供されるマイクロフォン構成には、ＭＲＩ環境の使用のためのいくつかの利点がある。発話感知が振動に基づいて行われるため、装置は本質的に環境騒音を感知しない。したがって、ＭＲＩスキャナの大きな騒音を感知せず、ＭＲＩスキャナの動作中に有効なコミュニケーションを可能にする。この場合も、導体は図１８乃至図２０において耳栓の面に取り付けられているものとして示されているが、その代わりに、図２１に示すように導体を耳栓内に埋め込んでもよい。
【０１０３】
図２３を参照すると、二方向コミュニケーションのための能動耳栓５００の例示の一実施形態が示されている。耳栓５００には基板５０５が取り付けられ、基板４０５は、マイクロフォンとスピーカとの組み合わせを備える耳栓を形成するように基板の両面に存在する導体５１０及び５２０を有する。基板５０５の二面上の各導体の端部に、二対の電極（それぞれ、５１２、５１４及び５２２、５２４）が配置される。基板の一方の面上の電極５１０は、マイクロフォンの出力を形成し、基板の他方の面上の電極はスピーカ５２０の入力を形成する。この場合も、簡単のために導体は単一配線として示されているが、前述のようにこれらの構成はより複雑であり得ることに留意されたい。さらに、基板は必ずしも耳栓の外面に取り付けられる必要はなく、耳栓の内部に埋め込まれてもよいことはわかるであろう。
【０１０４】
例示の一実施形態では、マイクロフォン用及びスピーカ用に使用される導体の幾何的関係を、両者の動作を分離するために採用することができる。通常動作時、スピーカ電極５２２、５２４に入力される電流がスピーカ導体５２０の振動を生じさせることができる。マイクロフォン導体５１０がスピーカ導体５２０と同じ基板５０５に取り付けられているため、スピーカ導体５２０の振動がマイクロフォン導体５１０の変位を生じさせることになる。この変位は、マイクロフォン電極５１２、５１４に望ましくない電圧を存在させることになる。これをより明確に言うと、スピーカへの意図された入力がマイクロフォンでの出力を誘起するため、マイクロフォンとスピーカとが強く結合される。
【０１０５】
しかし、上記の式１及び式２を使用してこの結合を除去することができる。式１を使用して、一般的時間変化スピーカ入力の場合のスピーカ導体５２０とマイクロフォン導体５１０に働く力を計算することができる。耳栓材料の弾性及び剛性などの特性の知識を使用して、これらの力を変位に変換することができる。このわかっている変位により、マイクロフォン導体５１０の速度の判断が可能になり、したがってマイクロフォン電極５１０に存在することになる予想出力信号の推測が可能になる。次に、この算出出力信号をマイクロフォン信号から除去することができる。
【０１０６】
図２４を参照すると、マイクロフォン導体とスピーカ導体とが異なる基板５４０及び５４０上に設けられているものとして示されており、二つの基板は耳栓５００上又は耳栓５００内の異なる位置に配置され、一方又は両方が耳栓内に埋め込まれることを含む。他の例示の実施形態では、スピーカ導体又はマイクロフォン導体が耳栓の基部外面（頭部から離れて外側を向いた面）上に直接形成されてもよい。
【０１０７】
図２５を参照すると、耳栓５００の外側に巻かれた複数巻コイル状導体５５０を組み込んだ円柱形耳栓５００の例示の一実施形態が示されている。（骨伝導により）耳栓５００において発話により誘起された振動は、コイル状導体の軸と静磁場との間の角度を振動させる回転成分を有する。これにより、コイル状導体ループ５５０を介して磁束に変化が生じ、その結果として、コイル状導体５５０のリード線において、発話を表す電圧が存在することになる。したがって、コイル状導体５５０を含む耳栓５００はマイクロフォンとして使用することができる。上述のマイクロフォン実施形態と同様に、この例示の実施形態も、外耳道をその長さの少なくとも一部にわたって塞ぐ耳栓５００の先端の挿入可能部によってもたらされる遮音により、ＭＲＩスキャナの動作によって発生される騒音のような環境騒音を感知しない。コイル状導体は、絶縁銅線及びその他の導電線を含むがこれらには限定されない材料から形成することができる。さらに、図２５に示すコイル導体５５０は耳栓の外面の周囲に巻かれているものとして示しているが、コイル状導体はその代わりに耳栓内に埋め込まれてもよいことはわかるであろう。
【０１０８】
図２６を参照すると、遮音耳栓に取り付けられ、使用される剛性基板６００の例示の一実施形態が示されている。剛性基板６００は、静磁場内に配置されると上述のように振動スピーカとして動作する平面導体６１０を含む。基板６００の縁の周囲にコイル状導体６２０が配置され、マイクロフォンとして使用することができる。耳栓に取り付けられるか又は埋め込まれると、この剛性基板は、ＭＲＩスキャナの静磁場において双方向コミュニケーションのために使用することができ、振動マイクロフォンとスピーカの両方として機能する。本例示の実施形態の利点は、マイクロフォンとスピーカとの本質的な分離があることである。平面導体６１０は、スピーカとして使用されると線形並進のみを生じさせる。コイル状導体６２０は、マイクロフォンとして使用されると、回転成分を有する振動のみを感知し、したがってスピーカとマイクロフォンとは本質的に分離されることになる。また、別の例示の実装形態では、コイル状導体６２０がスピーカとして使用され、平面導体６１０がマイクロフォンとして使用されるように、スピーカ及びマイクロフォンの呼び方及び使用を逆にすることができることも理解されたい。
【０１０９】
図２７に、コイル状導体が、基板６００の表面上に設けられた平面コイルとして実装されている別の例示の実施形態を示す。図２７に示す例示の実施形態では、平面コイル状導体６２５がスピーカ導体６１０と同じ平面表面上に設けられる。このような構成の動作は、前述の各実施形態の動作と同じであるが、単一面回路板から製造することができるという利点を有する。
【０１１０】
平面コイル状導体の位置は図２７に示すような基板の周縁領域には限定されないことに留意されたい。平面コイル状導体は、任意の適合する位置に配置してよい。例示の一実装形態では、平面コイル状導体６２５は、基板６００の反対側（すなわち、スピーカ導体６１０が配置されている基板の面とは反対側）に配置されてもよい。
【０１１１】
図２８に、円筒形耳栓５００がそれに取り付けられた基板６００を備え、基板６００が、振動スピーカとして使用するための（端子６１２及び６１４を有する）導体６２０を含む例示の実施形態を示す。基板６００の反対側には、振動センサ６５０が受けた振動のレベルに比例する電圧を出力することができる振動センサ６５０も取り付けられている。振動センサ６５０は、ＭＲＩスキャナの主静磁場Ｂｏの外部で動作可能であってもよく、圧電結晶、圧電ベンダ、又は加速度計からなってもよいが、これらには限定されない。このようなセンサは、単一の離散的方向又は複数の直交する方向の振動を感知可能であってもよい。また、センサは感度が全指向性であってもよい。
【０１１２】
他の例示の実施形態では、センサ６５０は振動スピーカ導体６１０と同じ面に取り付けられてもよい。センサ素子が単一方向の加速度を感知可能な加速度計である場合、加速度計は、その感知方向が振動スピーカによって発生される振動に対して直交する方向になるように取り付けることができる。したがって、加速度計が装着者によって発話により発生された振動のみ感知するように、スピーカと加速度計を分離することができる。加速度計が直交する三方向の振動を感知し、感知方向のうちの二方向が振動スピーカによって発生された振動に対して直交するように取り付けられた例示の実施形態では、両方の加速度計測定値が、振動スピーカから分離されて、発話を表す信号を生成するように結合されることができる。測定値を結合する方法の例としては、線形加算又は二乗和加算があるが、これには限定されない。
【０１１３】
別の例示の実施形態では、加速度計が、直交する三方向の加速度を感知する振動センサとして採用されてもよい。この構成は、振動スピーカを備えた基板上で加速度計を任意の向きに取り付けることができるという点で、さらなる柔軟性をもたせることができる。加速度計のこの任意の取り付けにより、振動スピーカの動作によって生じた基板の振動が、三次元すべてにおいて加速度計からの信号を生じさせることが期待できる。スピーカ信号は、加速度計からの三方向の測定された信号の解析により、振動スピーカに附随するベクトル方向を特定することによって除去することができる。例えば、測定された加速度ベクトルに対して基底変換を行うことができ、振動スピーカのベクトル成分に附随するベクトル成分を測定値から除去することができる。
【０１１４】
また、上述の振動センサ６５０は基板６００に固定される必要はなく、その代わりに耳栓に埋め込まれてもよいことにも留意されたい。図２９を参照すると、耳栓５００が、耳栓５００の外面に配置された振動スピーカを有する基板６００と、耳栓５００内に埋め込まれた振動マイクロフォンセンサ６５０とを含む例示の一実施形態が示されている。
【０１１５】
前述の各実施形態は、導体及びセンサが取り付けられるか又は埋め込まれた耳栓を開示しているが、導体又はセンサを収容した取り外し可能筐体を採用する他の実施形態も提供することができる。図３０Ａ乃至図３０Ｃを参照すると、外耳道に挿入されると外耳道を閉塞するように構成された遮音耳栓７００が、一つ以上の音響トランスデューサ（上述のトランスデューサなどであるがこれらには限定されない）を収容した筐体７２０に耳栓７００がしっかりと嵌め合うように設計されたチャネル（例えば穴、開口）７１０を備えている様子が示されている。筐体７２０は、チャネル７１０内に受け入れられる先端部７３０を含み、それによって、筐体内に収容された音響トランスデューサから発生した振動が有効に耳栓まで伝播し、その後、装着者の骨まで伝播することができ、及び／又は、発話により発生した振動が耳栓を通って筐体内に伝導され、筐体内で音響トランスデューサにより検出され、すなわち、耳栓と音響トランスデューサとが音響伝導連通状態となる。
【０１１６】
前記の例における振動アクチュエータは、ローレンツ機構の使用には限定されない。図３０を参照すると、ＭＲＩの静磁場を使用しない別の種類の振動アクチュエータが筐体内に配置されてもよい。したがって、このような例示の実施形態は、非ＭＲＩ用途で使用することができる。そのような装置の非限定的例としては、圧電トランスデューサ、圧電ベンダ、及び従来型磁気スピーカがある。上述のように、筐体７２０は、アクチュエータからの振動が筐体７２０に伝達され、その後、耳栓７００に伝達されるように、振動アクチュエータに機械的に結合される必要がある。
【０１１７】
図３１を参照すると、外耳道を完全に塞ぐ耳栓と嵌め合うように設計された突起部７３０を備えた例示の筐体の断面が示されている。筐体内部には、振動センサ７６０が示されており、アクチュエータの一方の側が筐体７２０の内面に接着され、固定されている。振動アクチュエータから、耳栓と嵌め合う突起部７３０への振動エネルギーの音響伝導を容易にするために、音響伝導性材料の音響導管７４０（例えば柱又はその他の構成要素）が、振動素子の固定されていない側を突起部７３０に接続する。
【０１１８】
前述の例では、耳栓と筐体を嵌め合わせることができる複数の可能な構成があることを理解されたい。筐体と耳栓との間の振動の伝導を容易にするためにできるだけ大きな嵌め合い面を有することが望ましい。図３２を参照すると、他の可能な実施形態は、耳栓の突起部を囲み、締め付ける筐体７２５を含む。
【０１１９】
図３３を参照すると、耳栓内部に埋め込まれた振動素子７６０を備えた例示の実施形態が示されている。このようなアクチュエータの非限定的例は圧電結晶である。このアクチュエータは、耳栓と外耳道との界面に対して直角に振動の主モードを生じさせるような向きに配置することができる。あるいは、アクチュエータは、耳栓の軸の方向に伝達する振動を生じさせるような向きとすることができる。振動アクチュエータは、絶縁銅線などの導電線を使用して、耳栓の外部に位置し、作動させる信号を生成する電極７７０に接続される。圧電結晶を作動させるこのような電極の例は、信号発生器に接続されたＭＡＸ９７８８などのクラスＧセラミックスピーカである。
【０１２０】
図３４を参照すると、埋め込みアクチュエータ７６０と埋め込み無線モジュール７８０とを備えた耳栓７００が示されている。このような構成は、外部配線の使用を全く必要としない。この例では、無線モジュールは音声プロトコルを使用したＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）受信器モジュールを含む。電子部品は、イヤバッド内の電子部品に電力を供給するリチウムポリマーバッテリなどの小型バッテリも含む。
【０１２１】
図３５を参照すると、オーバーヘッドサポートの例示の一実施形態が示されている。装着者が装着する可撓性ヘッドバンド８１０に二つの振動アクチュエータ８００が取り付けられている。振動アクチュエータ８１０は、装着者が装着する耳栓と接触する。ヘッドバンド８１０は、耳栓に圧力を加える。振動アクチュエータは露出されているものとして示されているが、振動アクチュエータは、空洞内、又は、装着者にさらなる受動防音を与える耳を覆う封止を形成する「マフ」内に収容されてもよい。
【０１２２】
患者が防音の恩恵を受けることができるようにし、しかも頭部の走査を可能にするために、患者とコミュニケーション装置とがヘッドコイル内部に収まるように構成してもよい。そのような例示の実施形態は、図３５及び図３６Ａに示すように頭頂部上を覆う従来型ヘッドホンのものと類似したヘッドサポートを使用して実現されてもよい。横から見ると（図３６Ａ）、ヘッドホン型サポートは、患者が水平に横たわっているときに振動素子が耳から滑り落ちるのを防止し、振動素子と耳栓とを接触させるのに十分な圧迫を頭部に与えるように設計される。図３６Ｂにおいて患者の頭部の上から見ると、この装置全体は、ヘッドコイル導体８６０とヘッドコイルハウジング８７０とからなるヘッドコイル内部に収まるのに十分な小ささである。
【０１２３】
上記の例示の実施形態の多くについてＭＲＩ環境におけるコミュニケーションに関わる用途を参照しながら説明したが、上記で開示した実施形態の多くは広範囲な他の用途で使用するように改変することができることはわかるであろう。例えば、ローレンツ音響トランスデューサを採用しない上述の能動耳栓実施形態を、磁気共鳴画像撮影コミュニケーションシステム以外の用途で採用してもよい。
【０１２４】
また、上述のヘッドレスト方式の例示の実施形態は、磁気共鳴画像撮影コミュニケーション以外の広範囲な医療用途でも採用することができる。例えば、ヘッドセットは、画像位置合わせ及び／若しくは手術ナビゲーションを必要とする処置で使用するための基準目印を含んでもよく、且つ／又は、内蔵スピーカ及び／若しくはマイクロフォンを備えた定位固定枠として構成することもできる。他の実装形態では、ヘッドレストは水平構成で使用される必要はなく、車両又は航空機におけるヘッドレストなどの、傾斜付き又は直立構成で使用されてもよい。ヘッドレストはヘルメットとして改変することもでき、軍用、工場、重機の操作者などを含むがこれらには限定されない、騒音環境を伴う用途で使用することもできる。
【０１２５】
上述の特定の実施形態は例示として示したものであり、これらの実施形態は、様々な修正及び代替形態が可能であることを理解されたい。また、特許請求の範囲は、開示されている特定の形態に限定されることを意図されておらず、本開示の思想及び範囲に含まれるすべての修正、同等物及び代替物を含むことが意図されていることを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【国際調査報告】
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